Леса России изучают из космоса

Доля лесов России в мировой «лесной» территории — более 20 %. Это значительное хранилище углерода, причём хранилище очень динамичное. Растения поглощают углекислый газ и набирают биомассу. Но одновременно углекислота постоянно уходит в атмосферу в многочисленных естественных процессах. Например, в ходе разложения биомассы, когда лес стареет и деревья отмирают. Очень быстро CO₂ и ряд других парниковых газов высвобождаются во время пожаров.

Всё это делает леса одними из важнейших регуляторов климата на Земле. Однако необходимо более точно оценивать запасы и динамику CO_2, особенно в контексте обязательств по Парижскому соглашению 12 декабря 2015 г. по уменьшению выбросов парниковых газов.

Разобраться в сложных цепочках поглощения и выброса углекислоты в лесных экосистемах — настоящий вызов для исследователей. Экспериментальные работы идут и на Земле, и в космосе, так как только взгляд с орбиты может дать по-настоящему глобальный охват происходящего. Но у дистанционных методов есть свои ограничения; проще говоря, то, что регистрируют приборы на спутниках, следует разумным образом преобразовать в информацию о том, что происходит на Земле. И если в случае, например, с пожарами это относительно просто — крупные пожары можно просто наблюдать с орбиты, то, чтобы посчитать на основе этих данных количество высвобожденной углекислоты, уже требуется моделирование. А если надо узнать, сколько углекислоты поглощает молодой растущий лес, то задача становится ещё сложнее.

Для решения таких задач и был задуман проект «Космическая научная обсерватория углерода лесов России», поддержанный Российским научным фондом в 2019 году. Ключевые научные группы проекта находятся в трех организациях: ИКИ РАН, Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов (ЦЭПЛ) РАН (головная организация), Сибирский федеральный университет (СФУ).

В названии проекта подчеркнуто значение космического сегмента — спутниковой информации, благодаря которой можно вести регулярный и действительно глобальный мониторинг и получать объективную информацию о состоянии лесов.

Чтобы оценить эти характеристики на основе информации со спутников, необходимы модели и специальные методы обработки данных, которые уже около двух десятилетий разрабатываются в ИКИ РАН и других научных организациях. В рамках проекта они были доработаны и сведены в единую систему, которая позволяет оценивать различные характеристики лесов: от площади, объема и породного состава до повреждений в результате пожаров, болезней, вырубок и вредителей.

Так, согласно данным дистанционного зондирования, площадь лесов России с начала 2000-х годов сократилась примерно с 800 млн га до 773 млн га. Однако это происходило в несколько этапов. До 2007 г. сокращение было весьма незначительным, наблюдался даже некоторый рост. Затем, с 2008 до 2012 г. в период институциональных реформ лесного хозяйства потери, преимущественно от экстремальных пожаров, в среднем превышали 4 млн га в год. В последние годы ситуацию удалось немного выровнять, так что с 2013 по 2020 гг. потери площади лесов составляют менее 1 млн га в год.

При этом в одних регионах (прежде всего, в Сибири) площадь лесов сокращается, и это объясняется прежде всего пожарами, тогда как на юге европейской части России и Западной Сибири наблюдается прирост покрытой лесом площади из-за зарастания заброшенных сельскохозяйственных земель.

Используя эти данные и применяя различные математические модели, мы можем определять запасы углерода в биомассе лесов, оценивать и прогнозировать их динамику.

С помощью такой системы, комбинирующей спутниковые и наземные данные, а также инструменты математического моделирования, можно научно подойти к оценке потенциала возможных лесоклиматических проектов в рамках выполнения обязательств по Парижскому соглашению.

Так, например, можно оценить эффект от реализации проектов по защите от пожаров резервных лесов (так называются леса, вырубка в которых не планируется в течение ближайших 20 лет). По текущим оценкам, это может добавить к имеющимся запасам добавить около 40 млн т углерода в год — такова средняя скорость накопления углекислоты в этих лесах в 2002–2018 гг.

Второй пример — исследователи сравнили реальные площади пожаров в 2006–2021 гг., с модельными расчетами, ответив таким образом на вопрос, какую площадь имели бы пожары, если бы леса не тушили совсем. Так можно оценить, насколько эффективны лесоклиматические проекты по защите лесов от пожаров.

Ещё один тип проектов — выращивание лесов на заброшенных сельскохозяйственных землях. По текущим оценкам, на этих землях уже почти 35 млн га покрыто лесом, который привносит примерно 26 млн т углерода в год. Однако поскольку формально эти земли не входят в официальную отчетность, то эти леса пока не учитываются в общем балансе углерода.

Проект «Космическая научная обсерватория углерода лесов России» завершается в 2022 году, но, как подчеркивают его участники, полученные результаты следует развивать в применении к другим экосистемам — в частности, болотам, которые также являются одним из важнейших и плохо изученных резервуаров парниковых газов. Эти работы должны лечь в основу перспективной национальной системы мониторинга парниковых газов, результаты которой будут использоваться для решения прикладных вопросов, связанных с климатом.